Procesos de transporte

Equilibrio de Donnan
EIfenomeno de Donnan describe las interaciones entre pequefios iones moviles y cargas no
difusibles. Estefenomeno esta, por tanto, en casi la totalidad de las estructuras y subestructuras
celulares. Por esta razon, el nombre de Donnan resulta familiar a 105 biologos. En la mayoria
de las veces, 105 estudiantes de biologia aprenden la forma ideal de la ecuacion de Donnan.
Desafortunadamente, la forma ideal de la ecua.ciOn esta basada en hipotesis simplificadoras
poco compatibles con la realidad de las condiciones reinantes en 105 medios celulares. En
otras palabras, la ecuacion ideal de Donnan conduce a previsiones 0 interpretaciones
cualitativas, sin resultar satisfactorias cuantitativamente. Nosotros descutiremos aqui una forma
realista y mejor adaptada a la biologia. EIformalismo necesario puede parecer un poco pesado,
pero se constatara que no implica alguna dificultad m21tematica real.
Lossistemasbiologicos contienen polielectr61itos, es decir moleculas mas 0 menDs grandes
que tienen una distribucion de grupos ionizables. Algunos de estos polielectrolitos, como las
proteinas, son anfoteros, 0 sea q.~letienen tanto grupos cargados positivamente como grupos
negativos. Otros, solo lIevan cargas de un solo tipo, como por ejemplo numerosos polisacaridos
como la heparina 0 las pectinas. Por ejemplo, el acido poligalacturonico, el cual es el principal
constituyente de 105 acidos pecticos de las paredes vegetales, es un acido carboxilico muy
fuerte (pKa= 3) por 10 cuallas sales alcalinas se disocian en soluciones acuosas.
Para deducir las ecuaciones real e ideal de Donnan, vamos a simplificar con un ejemplo
de un solo polielectrolito y una sola sal difusible de iones monovalentes. Posteriormente,
generalizaremos a un caso realista para la biologia con la intervencion de varias solutos moviles
y finalmente varios polielectr6litos. La figura 9.7, ilustra el caso simplificado, dos compartimentos
separados por una membrana dialisante que permite el paso de iones pequefios, pero no el de
polielectrolitos. En ellado e tenemos una solucion de NaCI (disociada en Na+ y CI-) y en el
lado i una solucion de NaCI conteniendo poligalacturonato de sodio (PGNa) disociado en poligalacturonato
(pG-) y Na+. En condiciones de equilibrio, tenemos para las especies moviles;
H20, Na+ y CI-:
e i e ; e i
Ilw = Ilw; ,UNa = IlNa; 1lC! = 1lC!
Para que la condicion de equilibrio pueda ser satisfecha, resulta necesario que exista
una diferencia de presion (8.P)que representa en realidad una presion osmotica \fin:
Para un ion, tendremos la ecuacion de equilibrio siguiente, usando la ecuacion del
potencial quimico (9.38):
~
fl~ =RTlna e +zFE= flf +RTlnaj +zFE [9.58]
EIvalor del volumen molar parcial puede determinar a partir de las diferencias de valores
de potencial quimico estandar que se encuentra alas diferentes presiones Pl Y P2: